车辆煞车碟片热固耦合与疲劳分析.pdfVIP

2016 SIMULIA Regional User Meeting 車輛煞車碟片熱固耦合與疲勞分析 1 1 2 李聲昀謝寶賢, 徐穎成, 1. 金屬工業研究發展中心 2. 瑞其科技有限公司 摘要 本文主要討論煞車碟片在煞車時，因其所受到的煞車負載，而產生的疲勞壽命問題，在 煞車時，除了夾持力之外，也會因為摩擦的因素造成溫度上升的現象，故在分析時必須考慮 熱固耦合分析，以計算因溫度上升以及熱膨脹，所造成的材料性質變化與熱應力，而疲勞壽 命的結果除了受到夾持應力與熱應力的影響之外，因為溫度上升所造成的材料強度下降，也 會重大的影響疲勞壽命，所以包含溫度變化的材料系數就非常重要，必須輸入到軟體中，才 能較精確地預估疲勞壽命，本文使用 Abaqus先求得結構的應力與溫度分布，再將計算完的odb 檔導入Fe-safe中，以計算疲勞壽命的分布。 關鍵 字：煞車碟片 、熱應力 、疲勞壽命 、有限元素法 一、緒論 模擬此定位銷的自由度限制，在煞車背板上 在不斷追求動力提昇的當下，對於煞 的 定位孔處的節點上，施加X 、Z 方向的自 車系統的強化也是相對重要的課題，加速愈 由度拘束，來令片組由於為剛體，在其參考 快的車，減速也需愈敏捷，如此才能確保人 點上施加 全部自由度拘束。 車高速奔馳時的安全。車系統中煞車背板經 在施力條件的部分，活塞會出力推動 常處於熱及壓力反覆作用狀態下，造成煞車 活塞板，使活塞板向前(-Y 方向)擠壓煞車背 背板因熱疲勞而產生面扭曲、波浪須經常更 板，故在活塞板上施加均部壓力 9.32 MPa ， 換，造成成本上升，嚴重者乘客的安全性也 以模擬活塞出力推動的狀況，本文假設煞車 有可能受威脅。本研究利用電腦模擬分析與 背板因摩擦，已經進入了高溫的狀態，故設 實際狀態比對獲得接近的分析模型，利用此 定溫度為均佈的高溫，其值為攝氏525度 。 模型替換不同材料以減少熱疲勞發生，增加 模型中各部件的關係為接觸對，包括 煞車背板使用壽命。 活塞板與煞車背板，以及煞車背板與來令片， 均設定接觸對，總共有兩對接觸對，邊界條 二、熱固耦合分析 件與接觸設定分別如圖 3 與圖4 。 2.1有限元素模型 2.3 熱固耦合分析結果 煞車碟片的模型主要分三個部分，煞 由圖 5可知 ，煞車背板的等效應力分布， 車背板、活塞板與來令片組如圖 1 ，其中煞 在拘束端與幾何轉角處會有明顯的應力集 車背板 與活塞板 ，由於厚度較薄，以殼元素 中現象，應力最大值出現在幾何轉角處，其 (S4R)來模擬，而來令片組則是用剛體平板 值為 301.5 MPa ，已經有部分結構進入降伏 來簡化，但是在分析過程中的接觸對，需要 狀態，具有局部的塑性變型。 考慮到厚度，因此來令片依然使用一般的殼 由圖 6可知，煞車背板的溫度分布，由 元素 S4R 來模擬，但對此部件施加剛體拘 於邊界條件的設定，故煞車背板的溫度為均 束 (Rigid Body Co